§ 24. Прыгатаванне раствораў
Разгледзім вылічэнні, неабходныя для прыгатавання раствораў з зададзенай масавай доляй або зададзенай малярнай канцэнтрацыяй растворанага рэчыва. Гэта найпрасцейшыя разлікі, з якімі сутыкаецца кожны даследчык у хімічнай лабараторыі. Навыкамі некаторых вылічэнняў неабходна валодаць і ў паўсядзённым жыцці для прыгатавання ежы, раствораў мыйных сродкаў, угнаенняў або ядахімікатаў. Напрыклад, у кулінарнай кнізе прыведзены рэцэпт стравы, у якім выкарыстоўваецца 5%-ны воцат, а ў магазіне можна купіць толькі 9%-ны. Зразумела, што масавыя долі воцатнай кіслаты адрозніваюцца ў 9 : 5 = 1,8 раза, гэта значыць 9%-нага воцату трэба ўзяць у 1,8 разы менш, чым паказана ў рэцэпце.
Найпрасцейшая задача па прыгатаванні раствору з зададзенай масавай доляй растворанага рэчыва паказана ў прыкладзе 1 і вядомая вам з 8-га класа.
Прыклад 1. Разлічыце масу хларыду натрыю і аб’ём дыстыляванай вады для прыгатавання раствору масай 300 г з масавай доляй солі 5 %.
Дадзена:
ω(NaCl) = 5 %
m(р-ру) = 300 г
m(NaCl) — ?
V(H2O) — ?
Рашэнне
1. Вылічым масу солі, улічваючы, што 5 % адпавядае 0,05 долей ад адзінкі:
m(NaCl) = ω(NaCl) ∙ m(р-ру) = 0,05 ∙ 300 г = 15 г.
2. Масу растваральніка (вады) вылічым па формуле:
m(р-ка) = m(р-ру) – m(р-ва).
Таму m(H2O) = 300 г – 15 г = 285 г.
3. Аб’ём вады знойдзем з улікам яе шчыльнасці (ρ(H2O) = 1 г/см3):
Адказ: m(NaCl) = 15 г; V(H2O) = 285 см3.
Эксперыментатар для прыгатавання раствораў выкарыстоўвае вагі і мерны посуд (мал. 55).
Прыклад 2. Разлічыце масу хларыду калію, неабходную для прыгатавання яго насычанага раствору масай 350 г. Растваральнасць дадзенай солі ва ўмовах доследу (20 °С) складае 34,4 г на 100 г вады.
Дадзена:
s(КCl) = 34,4 г/100 г H2O
m(р-ру) = 350 г
m(КCl) — ?
Рашэнне
1. Разлічым масавую долю солі ў насычаным растворы, які складаецца з 100 г вады і 34,4 г солі (зыходзім з даных аб растваральнасці). Пры гэтым маса раствору складзе 100 г + 34,4 г = 134,4 г.
(г. зн. 25,6%)
2. Паколькі 350 г насычанага раствору будуць утрымліваць 25,6 % солі, то маса солі будзе роўная:
m(КCl) = ω(КCl) ∙ m(р-ру) = 0,256 ∙ 350 г = 89,6 г.
Адказ: m(КCl) = 89,6 г.
Часам даводзіцца разлічваць масавую долю рэчыва ва ўжо прыгатаваным растворы. Разгледзім гэты разлік на прыкладзе 3.
Прыклад 3. Медны купарвас масай 25 г растварылі ў вадзе масай 475 г. Вылічыце масавую долю (%) сульфату медзі(II) у атрыманым растворы.
Рашэнне:
m(CuSO4 · 5H2O ) = 25 г
m(Н2О) = 475 г
ω(CuSO4) — ?
Решение
M(CuSO4) = 160 г/моль;
M(CuSO4 · 5H2O) = 250 г/моль.
1. Вылічым колькасць сульфату медзі(II) у порцыі яго крышталегідрату:
значыць, n(CuSO4 ) = 0,1 моль.
2. Маса бязводнай солі ў крышталегідраце:
m(CuSO4) = n(CuSO4) ∙ M(CuSO4) = 0,1 моль ∙ 160 г/моль = 16 г.
3. Вылічым масу прыгатаванага раствору:
m(р-ру) = m(Н2О) + m(CuSO4 · 5H2O) = 25 г + 475 г = 500 г.
4. Знойдзем масавую долю сульфату медзі(II) у растворы:
ω(CuSO4) = m(CuSO4) : m(р-ру) = 16 г : 500 г = 0,032, или 3,2 %.
Адказ: ω(CuSO4) = 3,2 %.
У хіміі зручна выражаць састаў раствораў у адзінках малярнай канцэнтрацыі — моль/дм3, бо ведаючы лік молей рэчыва ў 1 дм3 раствору, лёгка адмераць патрэбны лік молей для рэакцыі з дапамогай мернага посуду (мал. 55).
Як вам вядома, малярная канцэнтрацыя с(Х) рэчыва X — гэта велічыня, роўная колькасці гэтага рэчыва (моль) у адзінцы аб’ёму раствору:
Прыклад 4. Разлічыце масу гідраксіду натрыю, неабходную для прыгатавання яго раствору з малярнай канцэнтрацыяй 0,05 моль/дм3, калі ў эксперыментатара ёсць у наяўнасці мерная колба аб’ёмам 250 см3 (мал. 55).
Дадзена:
c(NaOH) = 0,05 моль/дм3
М(NaOH) = 40 г/моль
V(р-ру) = 250 см3
m(NaOH) — ?
Рашэнне
1. Вызначым колькасць шчолачы ў растворы аб’ёмам 250 см3, гэта значыць 0,25 дм3:
n(NaOH) = c(NaOH) ∙ V(р-ру) = 0,05 моль/дм3 ∙ 0,25 дм3 = 0,0125 моль.
2. Маса гідраксіду натрыю складае:
m(NaOH) = n(NaOH) ∙ М(NaOH) = 0,0125 моль ∙ 40 г/моль = 0,5 г.
Адказ: m(NaOH) = 0,5 г.
Ведаючы масу і аб’ём ці непасрэдна шчыльнасць раствору, у разліку лёгка перайсці ад масавых долей яго кампанентаў да іх малярнай канцэнтрацыі.
Прыклад 5. Масавая доля сернай кіслаты ў растворы роўная 95 %, а яго шчыльнасць складае ρ(р-ру) = 1,834 г/см3. Вылічыце малярную канцэнтрацыю сернай кіслаты ў гэтым растворы.
Дадзена:
ω(Н2SO4) = 95 %
ρ(р-ру) = 1,834 г/см3
с(Н2SO4) — ?
Рашэнне
1. M(H2SO4) = 98 г/моль.
Няхай V(р-ру) = 1 дм3 = 1000 см3.
Вызначым масу раствору H2SO4:
m(р-ру) = V(р-ру) ∙ ρ(р-ру) = 1000 см3 ∙ 1,834 г/см3 = 1834 г.
2. Вылічым масу H2SO4 ў растворы:
m(H2SO4) = m(р-ру) ∙ ω(H2SO4) = 1834 г ∙ 0,95 = 1742 г.
3. Знойдзем колькасць кіслаты ў растворы:
4. Паколькі для рашэння задачы быў першапачаткова ўзяты 1 дм3 раствору, то колькасць H2SO4 ў гэтым аб’ёме адпавядае малярнай канцэнтрацыі: с(H2SO4) = 17,8 моль/дм3.
Адказ: с(H2SO4) = 17,8 моль/дм3.